CN110772327A - 手柄及主操作台 - Google Patents

Abstract

一种手柄及主操作台，手柄包括操作件、感应触发件及传感器，所述操作件设有摆动端和铰接端，所述传感器连接于所述感应触发件，通过拨动所述摆动端绕着所述铰接端转动，来驱动所述感应触发件运动，以使所述传感器能够感应出所述感应触发件运动的力、扭矩或位移。本发明的手柄，通过手指(拇指或食指)拨动操作件，使操作件来驱动感应触发件运动，此时，传感器能够感应出感应触发件上的力、扭矩或位移，传感器将感应到的这些力、扭矩或位移作为指令信号反馈给控制器，控制器根据这些力、扭矩或位移的大小和方向的信息来处理指令信号，以控制手术器械运动，完成手术操作，从而简化了手柄的结构。

Description

手柄及主操作台

技术领域

本发明涉及机械领域，特别是涉及一种手柄及应用该手柄的主操作台。

背景技术

在机器人手术系统中，外科医生通常使用主操纵器械来控制手术器械的运动来完成手术；外科医生使用自己手以特殊方式握住主工具手柄，主工具手柄上的传感器通过感应食指和拇指的运动姿势来控制手术器械的夹子或剪刀的开合来完成手术操作；目前，涉及到的捕捉或感应医生手指运动的手柄，主要是通过连接件将传感器连接在手指上，通过传感器来直接感应和捕捉手指的运动姿势，以此来控制手术器械的夹子或剪刀的开合完成手术操作，但是，由于操作者的手指运动存在不规律性，因而传感器捕捉到手指的运动姿势中可能存在大量的不足以实现手术器械开合干扰信息，有可能会导致主工具手柄控制手术器械的夹子或剪刀开合的灵敏度下降，影响实施手术的操作效率。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够提高控制准确度的手柄及主操作台。

手柄包括：

操作件，所述操作件设有摆动端和铰接端；

感应触发件，与所述操作件相连接，以在所述操作件摆动时被触发；

传感器，连接于所述感应触发件，用于获取所述感应触发件运动的力、扭矩、转动角或位移。

主操作台包括上述手柄。

本发明的手柄，在使用时，通过手指(拇指或食指)拨动操作件的摆动端，使摆动端绕着铰接端转动来驱动感应触发件运动，此时，传感器能够感应出感应触发件上的力、扭矩或位移，传感器将感应到的这些力、扭矩或位移作为指令信号反馈给控制器，控制器根据这些力、扭矩或位移的大小和方向的信息来处理指令信号，以控制手术器械运动，完成手术操作；由于手指的运动姿势通过操作件转换成了摆动端绕着铰接端往复转动，而摆动端绕着铰接端往复转动则比较规律，重复性较好，干扰信息较少，从而提高主工具手柄控制手术器械的夹子或剪刀开合的准确度和灵敏度。

附图说明

图1为本发明手术机器人一实施例的结构示意图；

图2为本发明从操作设备一实施例的局部示意图；

图3为本发明从操作设备一实施例的局部示意图；

图4为本发明手柄一实施例的结构示意图；

图5为本发明手柄一实施例的结构示意图；

图6为本发明手柄一实施例的结构示意图；

图7为本发明手柄调节结构一实施例的结构示意图；

图8为本发明手柄调节结构一实施例的结构示意图；

图9为图4所示手柄的C位置处的局部放大图；

图10为本发明手柄一实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“耦合”另一个元件，它可以是直接耦合到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。本文所使用的术语“远端”、“近端”作为方位词，该方位词为介入医疗器械领域惯用术语，其中“远端”表示手术过程中远离操作者的一端，“近端”表示手术过程中靠近操作者的一端。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图3所示，手术机器人包括主操作台1及从操作设备2。其中，主操作台1用于根据操作者的操作向从操作设备2发送控制命令，以控制从操作设备2，其还用于显示从设备获取的影像。从操作设备2用于响应主操作台1发送的控制命令，并进行相应的操作，并且从操作设备2还用于获取体内的影像。

主操作台1具有定位系统及控制器，定位系统用于获取操作者的操作位置及姿态信息，其中，定位系统包括手柄10及配合定位装置，手柄10内设有定位传感器，配合定位装置用于配合手柄10进行定位，控制器根据定位系统获取的信息控制从操作设备2进行相应的操作。

一实施例中，定位系统为磁导航定位系统，手柄10的定位传感器为磁导航传感器，配合定位装置为磁场发生装置。操作者握持手柄10在磁场发生装置产生的磁场区域进行操作，定位传感器用于检测磁场变化，进而获取手柄10的姿态及位置。其他实施例中，定位传感器也可以为陀螺仪传感器，配合定位装置也可以为光学定位装置，例如为红外定位装置。

从操作设备2包括机械臂21、设置于机械臂21上的动力机构22、设置于动力结构22上的操作臂23，以及套设操作臂23的套管24。机械臂21用于调节操作臂23的位置；动力结构22用于驱动操作臂23执行相应操作；操作臂23用于伸入体内，并通过其位于远端的手术器械231执行手术操作，及/或获取体内影像。其中，手柄10用于控制从操作设备2的位置及姿态，进而调节手术器械231的位置及姿态，以使其与手柄10的运动一致。

如图2、图3所示，操作臂23穿设套管24，其手术器械231伸出套管24外，并通过动力结构22驱动其执行操作。图2中，操作臂23位于套管24内的区域为刚性区域；图3中，操作臂23位于套管24内的区域为柔性区域，套管24随柔性区域弯曲。其他实施例中，也可以省略套管24，此时，无需套管24。

一实施例中，操作臂23为多个，均设置于同一个动力结构22上，多个操作臂23的远端通过人体上的一个切口伸入体内，以使其手术器械231移动至病灶附近进行手术操作。具体地，动力结构22具有多个动力部，每个动力部与一操作臂23对应连接。其他实施例中，动力结构22为多个，每个动力结构22上设置一个操作臂23，且多个操作臂23从一个切口伸入体内，此时多个动力结构22既可以设置于一个机械臂21上，也可以设置于多个机械臂21上。需要说明的是，多个操作臂23也可以从多个切口伸入体内，例如，每个切口内伸入两个操作臂23，再如，每个切口内伸入一个操作臂23。

一实施例中，从操作设备2还包括戳卡，戳卡用于穿设人体上的切口，并固定设置于切口区域，操作臂23通过戳卡伸入到体内。

如图4至图6所示，手柄10包括壳体100、操作件200、感应触发件300及传感器400。其中，感应触发件300、传感器400设置于壳体100内，操作件200既可以位于壳体100内，也可以穿设壳体100，部分位于壳体100外。传感器400连接于感应触发件300，操作件200驱动感应触发件300运动，以使传感器400能够感应出感应触发件300的力、扭矩、转动角或位移。其他实施例中，也可以省略壳体。

具体地，操作件200具有铰接端1a和摆动端1b，摆动端1b绕着铰接端1a转动，摆动端1b上设置抓握部1c，以通过爪握部1c拨动操作件200摆动端1b，使摆动端1b围绕铰接端1a转动，从而驱动感应触发件300运动，以使传感器400能够感应出感应触发件300运动的力、扭矩、转动角或位移。其他实施例中，也可以省略抓握部，此时操作者通过驱动操作件的摆动端驱动其摆动。

需要说明的是，操作件的数量可根据需要进行设置，其既可以为一个，也可以为多个，通过多个手指同时或者分时进行操作。

本发明实施例的手柄10，在使用时，通过手指拨动操作件200的摆动端1b，使摆动端1b绕着铰接端1a转动，来驱动感应触发件300运动，此时，传感器400能够感应出感应触发件300上的力、扭矩、转动角或位移，传感器400将感应到的这些力、扭矩、转动角或位移作为指令信号反馈给控制器，控制器根据这些力、扭矩、转动角或位移的大小和方向的信息来处理指令信号，以控制手术器械231运动，完成手术操作。上述手柄10相比现有手柄干扰信息少，从而提高主工具手柄10控制手术器械231的夹子或剪刀开合的准确度及灵敏度。

一实施例中，感应触发件300设置于铰接端，传感器400为扭矩传感器及/或角度传感器，以获取操作件的扭矩及/或转动角。例如，操作件200的铰接端设有铰接齿轮210，感应触发件300为与扭矩传感器及/或角度传感器同轴的从动齿轮，从动齿轮与铰接齿轮210啮合，传感器用于获取感应触发件的扭矩及/或转动角。再如，感应触发件与操作件的铰接端同轴，通过操作件的转动获取信息。

具体地，如图4所示实施例中，感应触发件300为从动齿轮，操作件200具有第一操作件、第二操作件，第一操作件的铰接端1a上设有第一铰接齿轮211，第二操作件的铰接端设有第二铰接齿轮212，第二铰接齿轮212与第一铰接齿轮211啮合。其中，各齿轮均与对应的铰接端的转动轴同轴设置。其他实施例中，齿轮也可以与对应的铰接端非同轴设置，例如，齿轮的转动轴与对应的铰接端的转动轴平行设置；再如，铰接端通过传动机构与第一铰接齿轮210或者第二铰接齿轮210相连接，以使其轴线形成一夹角。本实施例中，从动齿轮与第一铰接齿轮211啮合。其他实施例中，从动齿轮也可以与第二铰接齿轮啮合。

使用时手指通过抓握部1c拨动摆动端1b转动，第一铰接齿轮211绕着铰接端1a的轴线同步转动，从而带动从动齿轮转动，而从动齿轮与扭矩传感器同轴连接，因而传感器得以获取从动齿轮上的扭矩或转动角，以将该扭矩作为指令信号反馈给控制器。本实施例中，通过齿轮传动可实现两个操作件200的摆动端1b做同步开合运动，这样可以匹配操作者的拇指和食指同时操作的要求，从而更符合操作者的操作习惯。

一实施例中，传感器400为位移传感器，操作件200摆动时触发感应触发件300沿直线运动。例如，手柄还包括导向部，感应触发件300一端与操作件200相连接，另一端与导向部相连接，以沿导向部移动，位移传感器设置于感应触发件300沿直线运动的区域，当操作件摆动时，感应触发件将该运动转换成直线运动。具体地，如图5所示，感应触发件300包括第一连杆9及第二连杆10，第一连杆9的一端与操作件200相连接，另一端与第二连杆10铰接，第二连杆10与导向部500相连接，位移传感器设置于第二连杆10上。需要说明的是，其他实施例中，感应触发件也可以为其他结构，例如，感应触发件为弹性杆，一端与操作件相连接，另一端设置于导向部上，以沿导向部移动，此时感应器设置于感应触发件沿直线运动的区域上。

进一步的，操作件200为两个，两个操作件200的铰接端彼此铰接，感应触发件的第一连杆9为两个，分别与两个操作件200相连接，且另一端均与第二连杆10铰接。并且与第二连杆10铰接的两个第一连杆9的端部彼此间隔。本实施例中，导向部500为导向槽，第二连杆10容置于导向槽内，其他实施例中导向部也可以为其他结构，例如导向杆等。

使用时，操作者可通过食指和拇指握住抓握部1c对应拨动两个操作件200的摆动端1b运动，从而使第二连杆10沿着导向槽做直线运动，此时，位移传感器能够感应出第二连杆10运动的位移，以将该位移作为指令信号反馈给控制器。

一实施例中，传感器400为力传感器，感应触发件300一端设置于操作件200上，另一端与力传感器400相连接，以获取基于操作件摆动引起的力的变化。

一实施例中，感应触发件300为弹性件。例如，图6所示实施例中，手柄10还包括支撑板12，触发件300包括弹簧310及与弹簧310相连接的抵持件320，弹簧310与操作件200相连接，传感器400设置于抵持件320的抵持面上。本实施例中，操作件200为两个，两个抵持件320上均设有传感器400，且两个传感器分别位于支撑板12的两侧，并与支撑板12相连接。

其他实施例中，弹簧也可以由弹片、硅胶块或橡胶块替代，当为硅胶快活橡胶块时，硅胶块或橡胶块可作为软体材料填充至操作件200和支撑板12之间的空间内，并将感应触发件300及传感器400包裹住，可提高结构的稳定性。

其他实施例中，也可以省略支撑板，此时，当操作件摆动触发感应触发件移动时，设置于抵持面上的力传感器可与另一个操作件上的力传感器抵持。或者，此时，也可以仅设置一个力传感器，其设置于一个抵持件上，或者与两个抵持件均连接，当操作件摆动触发感应触发件移动时，两个抵持件分别位于传感器的两侧，并施加压力。也可以省略抵持件，此时，传感器直接设置于弹簧上。

使用上述手柄时，手指通过抓握部1c拨动操作件200的摆动端1b朝着支撑板12运动，弹性件逐渐被压缩，此时，感应触发件300可以将压力传导至力传感器，使力传感器能够感应到感应触发件300上传导的压力，以将该压力作为指令信号反馈给控制器。

一实施例中，如图4、图5所示，两个操作件200之间还设置使两个操作件200的摆动端1b相互远离的复位件7，复位件7的一端与其中一个操作件200连接，另一端与另一个操作件200连接，复位件7可以是弹簧、扭簧、弹片等具有弹性恢复趋势的元件。复位件也可以与操作件及壳体连接，只要能够满足将操作件复位的动能即可。

一实施例中，手柄10还包括定位传感器14以及调节结构15。其中，定位传感器14设置于壳体100上，用于获取手柄10的姿态和位置，调节结构15与定位传感器14相连接，用于转动定位传感器14。

使用手柄10时，操作者可以通过该调节结构15来转动定位传感器14，以实现操作者在不需要转动手腕的情况下，也可以转动定位传感器14的目的，以解决由于手腕转动幅度有限，而导致手柄10无法控制手术器械231实现大角度转动的问题。

具体的，如图4至图8所示实施例中，调节结构15包括拨动件15a及与拨动件15a连接的旋转件15b，定位传感器14连接在旋转件15b上，操作者可以通过手指拨动拨动件15a，以带动定位传感器14转动，整个操作比较简单便捷。其中，拨动件15a既可以至少部分露出壳体，以便于手指与其接触进行调节，也可以位于壳体内，使用时，操作者的手指至少部分位于壳体内，并进行调节。

图4至图6所示实施例中，拨动件15a为旋钮盘，旋转件15b为沿其延伸的旋钮杆，定位传感器14设置在旋钮杆上，操作者可以通过手指拨动旋钮盘，使旋钮杆带动定位传感器14转动。本实施例中，旋钮盘的一部分外露出壳体100，以便于手指与其接触来拨动旋钮杆。图7及图8所示实施例中，波动件2沿直线可运动，并驱动旋转件15b旋转，定位传感器设置在所述旋转件15b上，以通过拨动拨动件15a移动，进而旋转定位传感器。具体地，旋转件15b为滚珠丝杆，图7所示实施例中，定位传感器14连接在滚珠丝杆的丝杆151b上，拨动件15a连接在滚珠丝杆的螺母152b上，此时拨动件15a设置于螺母152b上，操作者可以通过拨动件15a拨动螺母152b沿F方向移动，使丝杆带动定位传感器14沿N方向转动。图8所示实施例中，定位传感器14连接在滚珠丝杆的螺母152b上，拨动件15a连接在滚珠丝杆的丝杆151b上，操作者可以通过拨动件拨动丝杆沿F方向移动，使螺母带动定位传感器14沿N方向转动。

其他实施例中，调节结构15也可以为其他结构。例如，当拨动件15a通过旋转方式驱动旋转件15b旋转时，调节结构15还包括传动件，其分别与拨动件15a及旋转件15b相连接，以使拨动件15a通过传动件驱动旋转件15b。

为了防止定位传感器14被调节结构15无限制地转动而受损，所述手柄10还包括用于限定定位传感器14旋转范围的限位结构。一实施例中，限位结构包括设置在调节结构15上的限位块以及设置在壳体的侧壁上止挡件，当调节结构15将定位传感器14转动至极限位置时，限位块抵接在所述止挡件上。

例如，限位块可以设置在拨动件15a的旋钮盘的侧壁上，止挡件则设置在壳体100与旋钮盘所处区域内的侧壁上，当拨动旋钮盘转动直至限位块抵接在止挡件上时，旋钮盘被止挡件挡住而无法再拨动旋钮盘，从而实现限位功能。

再如，限位块可以设置在丝杆的侧壁上，止挡件则设置在壳体100与丝杆所处区域内的侧壁上，当拨动螺母使丝杆转动直至限位块抵接在止挡件上时，丝杆被止挡件挡住而无法再通过拨动螺母来转动丝杆，从而实现限位功能。

又如，限位块可以设置在螺母的侧壁上，止挡件则设置在壳体100与螺母所处区域内的侧壁上，当拨动丝杆使螺母转动直至限位块抵接在止挡件上时，螺母被止挡件挡住而无法再通过拨动丝杆来转动丝杆，从而实现限位功能。

如图9所示，为了提醒操作者定位传感器14已经归零到位，一实施例中，所述手柄10还包括归零定位结构18，该归零定位结构18包括设置在调节结构15上的凹部18a以及设置在壳体100上的顶出机构18b，凹部18a恰好位于调节结构15转动行程的中点处，并将该中点位置设定为定位传感器14的归零位置，以使得定位传感器14正转和反转的极限转角一致，当调节结构15将定位传感器14转动至归零位置时，顶出机构18b的顶出件18b2抵接在凹部18a内。

具体地，顶出机构18b包括弹簧18b1及顶出件18b2，壳体100的侧壁上设有安装座18c，安装座18c上设有安装腔(未标号)，弹簧18b1及顶出件18b2均设于安装腔内，弹簧18b1的一端与顶出件18b2连接，另一端与安装腔的底部连接，弹簧18b1始终具有将顶出件18b2弹出安装腔的趋势，从而可以保证调节结构15将定位传感器14转动至归零位置时，顶出机构18b的顶出件18b2抵接在凹部18a内。

一个实施例中，凹部18a设置在旋钮盘的端面上，安装座18c则设置在壳体100与旋钮盘的端面相对应的区域的侧壁上，当拨动旋钮盘使旋钮杆带动定位传感器14转动至归零位置时，在弹簧18b1的作用下使顶出件18b2抵接在凹部18a内，顶出件18b2可以是滚珠或端部具有球面轮廓的顶杆，凹部18a可以为弧面凹陷，以减小拨动旋钮盘离开归零位置时所需的初始作用力。

另一个实施例中，凹部18a设置在丝杆3b的端面上，安装座18c则设置在壳体100与丝杆3b的端面相对应的区域的侧壁上，当拨动以使丝杆3b带动定位传感器14转动至归零位置时，在弹簧18b1的作用下使顶出件18b2抵接在凹部18a内。

另一个实施例中，凹部18a设置在螺母3a的端面上，安装座18c则设置在壳体100与螺母3a的端面相对应的区域的侧壁上，当拨动丝杆3b以使螺母3a带动定位传感器14转动至归零位置时，在弹簧18b1的作用下使顶出件18b2抵接在凹部18a内。

其他实施例中，当定位传感器回到零位时，也可以通过振动、提示音等方式进行归零反馈。

其他实施例中，归零定位结构，也可以用于将定位传感器归零。

如图10所示，壳体具有抓握区19，定位传感器14位于抓握区19的中轴线A上。其中，抓握区19指操作者的手6握住手柄10时，两个操作手指所形成的区域在壳体上的对应区域。当操作手指为拇指与食指时，抓握区为壳体上虎口所在区域。其他实施例中，也可以通过其他手指进行操作。例如通过拇指与中指进行操作。一实施例中，当操作手指为多个时，抓握区指控制手术器械231开合的两个手指所形成的区域。将定位传感器14设置在抓握区19的中轴线A上，可以提高手柄10操作控制手术器械231的准确度，增加操作的真实感。

一实施例中，定位传感器14设置在壳体100的抓握区19内，例如，定位传感器位于操作手指的指尖区域。其他实施例中，定位传感器也可以位于壳体的抓握区外，或者部分位于抓握区，部分位于抓握区外，只要保证其位于抓握区的中轴线上即可。例如，定位传感器位于壳体上与所述抓握区相对的端部区域，即位于手柄10邻近操作者腕部的端部区域。再如，定位传感器位于壳体上抓握区所在端部的区域。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种手柄，其特征在于，包括：

操作件，所述操作件设有摆动端和铰接端；

感应触发件，与所述操作件相连接，以在所述操作件摆动时被触发；

传感器，连接于所述感应触发件，用于获取所述感应触发件运动的力、扭矩、转动角或位移。

2.根据权利要求1所述的手柄，其特征在于，所述感应触发件设置于所述铰接端，所述传感器为扭矩传感器及/或角度传感器，以获取所述操作件的扭矩及/或转动角。

3.根据权利要求2所述的手柄，其特征在于，所述操作件的铰接端设有铰接齿轮，所述感应触发件为与所述扭矩传感器及/或角度传感器同轴的从动齿轮，所述从动齿轮与所述铰接齿轮啮合。

4.根据权利要求3所述的手柄，其特征在于，所述操作件包括两个，第一操作件的所述铰接端设有第一铰接齿轮，第二操作件的所述铰接端设有第二铰接齿轮，所述第二铰接齿轮与所述第一铰接齿轮啮合。

5.根据权利要求1所述的手柄，其特征在于，所述传感器为位移传感器，所述操作件摆动时触发所述感应触发件沿直线运动。

6.根据权利要求5所述的手柄，其特征在于，所述手柄还包括导向部，所述感应触发件一端与所述操作件相连接，另一端与所述导向部相连接，以沿所述导向部移动，所述位移传感器设置于所述触发件沿直线运动的区域。

7.根据权利要求6所述的手柄，其特征在于，所述感应触发件包括第一连杆及第二连杆，所述第一连杆的一端与所述操作件相连接，另一端与所述第二连杆铰接，所述第二连杆与所述导向部相连接，所述位移传感器设置于所述第二连杆上。

8.根据权利要求7所述的手柄，其特征在于，所述操作件为两个，两个所述操作件的铰接端彼此铰接，所述感应触发件的第一连杆为两个，分别与两个操作件相连接，且另一端均与所述第二连杆铰接。

9.根据权利要求8所述的手柄，其特征在于，与第二连杆铰接的两个第一连杆的端部彼此间隔。

10.一种主操作台，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的手柄及控制器，所述控制器用于根据所述手柄获取的信号控制从操作设备进行相应的操作。

Images